肿瘤细胞生长检测系统的成像方法与流程

1.本发明涉及肿瘤细胞技术领域，尤其涉及肿瘤细胞生长检测系统的成像方法。


背景技术：

2.肿瘤细胞生长情况的检测技术多涉及较高昂的设备仪器，且对人体辐射很大，相关技术如利用单个激光作为光源，激光光束只能沿直线照射，实际推广应用中，存在诸多限制，使用不便，且设备价格高昂；多涉及辅助诊断肿瘤细胞，具有提高诊断肿瘤细胞的精准性；但对肿瘤细胞初期筛查生长情况的判断缺少成本低、伤害少、且推广应用方便的相关检测技术。此外，关于肿瘤细胞生长情况的查看判断，直观性不足，误差较大，均造成对肿瘤细胞生长状态的把握不足，判读不够准确。


技术实现要素：

3.1.发明要解决的技术问题
4.为了克服上述技术问题，本发明提供了肿瘤细胞生长检测系统的成像方法，可以直观判断肿瘤系统生长情况。
5.2.技术方案
6.为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
7.肿瘤细胞生长检测系统的成像方法，包括：去除声波信号s(t)的噪音；得到不含噪音的声波信号x；在字典空间d中，x的稀疏矩阵表示为：x＝dα，α为声波系数向量；声波系数向量的迭代算法为：
[0008][0009]
其中，m为
[0010][0011]
s:探测信号；
[0012]
β：拉格朗日算子系数；
[0013]
ε：为边界噪音最大值；
[0014]
y:正定矩阵；
[0015]
f:最小误差的边界值；
[0016]
γ：拉格朗日梯度系数；
[0017]
根据初始赋值的字典d0、训练矩阵m
(n)
；声波系数向量α固定不变，用公式(4)对预估的字典d进行迭代更新，分别计算d
(1)
，d
(2)
，
…
，d
(n)
，d
(n+1)
；然后拉格朗日乘法算子矩阵可以根据下式进行迭代更新：
[0018]
[0019]
其中，λ表示拉格朗日乘法算子矩阵，运算子<λi,(x
‑
dα)i>表示矩阵a
t
(x
‑
dα)的迹；迭代更新过程直到迭代时间t到了或者预设的条件：误差小于预设值ε
′
满足后停止。
[0020]
上述迭代更新结束后，得到经过字典d学习后的光声图像x，并对所述光声图像x进行对比度测量、空间分辨率测量和肿瘤靶点深度测量。
[0021]
可选的，在t时刻的声波信号s(t)表示为：
[0022]
s＝x+n
ꢀꢀꢀ
(1)
[0023]
其中，x是不含噪音的光声波信号，n为噪音且由于边界限制所述噪音n满足||n||2<ε，ε为边界噪音最大值。
[0024]
可选的，去除声波信号s(t)的噪音；得到不含噪音的声波信号x的优化过程为：
[0025][0026]
表示在满足||n||2<ε条件下求s
‑
dα绝对值的最小量。
[0027]
可选的，在字典学习阶段，字典空间数据在学习过程根据分解的信号进行更新；字典学习的优化函数对应的拉格朗日l表达式为：
[0028][0029]
∧表示拉格朗日乘法算子矩阵，运算子<∧i,(x
‑
dα)i>表示矩阵a
t
(x
‑
dα)的迹。
[0030]
可选的，在字典学习阶段，拉格朗日l通过应用交替方向乘子法和majorization
‑
minimization优化算法，计算探测体内的声波系数迭代算法。
[0031]
可选的，所述波信号s(t)的检测方法为：向肿瘤细胞生长部位施加压力，以及发送近红外光；连续接收肿瘤细胞生长部位被施加压力后发射的声波信号；记录声波信号，用以记录肿瘤细胞的生长。
[0032]
可选的，所述记录声波信号，用以判断肿瘤细胞生长情况，进一步，包括：在不同的肿瘤细胞生长检测周期中，若记录的声波信号增加，则肿瘤细胞变多；若记录的声波信号减少，则肿瘤细胞变少。
[0033]
可选的，若所述肿瘤细胞生长部位为乳房通过施压部向乳房施加压力；通过led光源发出近红外光；通过声波接收部接收声波信号，通过处理器记录声波信号。
[0034]
可选的，所述施压部、led光源、声波接收部或处理器均位于承托部上；承托部，用于与乳房配合；处理器与led光源、施压部和声波接收部连接。
[0035]
可选的，若所述led光源、施压部或声波接收部的数量为一个时，所述承托部上供led光源移动的轨道，供施压部移动的轨道，或供声波接收部移动的轨道；led光源在承托部的对应轨道上移动向乳房发射近红外光；施压部施压于乳房上，声波接收部接收肿瘤细胞发射的声波信号；施压部在承托部的对应轨道上移动，改变在乳房上的施压位置，声波接收部在承托部的对应轨道上移动，处理器记录与不同施压位置一一对应的多组声波信号；处理器接收多组声波信号后，拟合成乳房肿瘤细胞的三维图像；或，若所述led光源、施压部或声波接收部的数量分别为多个时，所述承托部上均匀分布有所述led光源、施压部或声波接收部；led光源向乳房发射近红外光；施压部施压于乳房上，声波接收部接收肿瘤细胞发射的声波信号；处理器记录与预先记录的声波接收部在承托部上的位置一一对应的多组声波
信号；处理器接收多组声波信号后，拟合成乳房肿瘤细胞的三维图像。
[0036]
3.有益效果
[0037]
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0038]
对肿瘤细胞发射的声波信号进行去除噪音，并在字典空间中，迭代处理，得到较为精准的声波信号数据，以辅助判断肿瘤细胞生长情况。
附图说明
[0039]
图1为本发明一实施例提供的肿瘤细胞生长检测系统的成像方法流程图。
具体实施方式
[0040]
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
[0041]
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0042]
实施例1
[0043]
如图1所示，肿瘤细胞生长检测系统的成像方法，包括：去除声波信号s(t)的噪音；得到不含噪音的声波信号x；在字典空间d中，x的稀疏矩阵表示为：x＝dα，α为声波系数向量；声波系数向量的迭代算法为：
[0044][0045]
其中，m为
[0046][0047]
s:探测信号；
[0048]
β：拉格朗日算子系数；
[0049]
ε：为边界噪音最大值；
[0050]
y:正定矩阵；
[0051]
f:最小误差的边界值；
[0052]
γ：拉格朗日梯度系数；
[0053]
根据初始赋值的字典d0、训练矩阵m
(n)
；声波系数向量α固定不变，用公式(4)对预估的字典d进行迭代更新，分别计算；然后拉格朗日乘法算子矩阵λ
(n+1)
可以根据下式进行迭代更新：
[0054][0055]
其中，λ表示拉格朗日乘法算子矩阵，运算子<λd
(1)
，d
(2)
，
…
，d
(n)
，d
(n+1)
i,(x
‑
dα)i>表示矩阵a
t
(x
‑
dα)的迹；迭代更新过程直到迭代时间t到了或者预设的条件：误差
小于预设值ε
′
满足后停止；其中，y:正定矩阵；f:最小误差的边界值；υ：拉格朗日梯度系数。
[0056]
上述迭代更新结束后，得到经过字典空间d学习后的光声图像x，并对所述光声图像x进行对比度测量、空间分辨率测量和肿瘤靶点深度测量，可得到肿瘤细胞当前的状态。
[0057]
在t时刻的声波信号s(t)表示为：
[0058]
s＝x+n
ꢀꢀꢀ
(1)
[0059]
其中，x是不含噪音的光声波信号，n为噪音且由于边界限制所述噪音n满足||n||2<ε，ε为边界噪音最大值；s:探测信号，对应声波信号s(t)。
[0060]
去除声波信号s(t)的噪音；得到不含噪音的声波信号x的优化过程为：
[0061][0062]
表示在满足||n||2<ε条件下求s
‑
dα绝对值的最小量。如图1所示，输入探测信号s，即声波信号s(t)；初始化参数；计算稀疏向量α，进而计算训练矩阵m
(n)
；更新字典d
n+1
、拉格朗日乘法算子矩阵λ
n+1
，判断是否满足要求？若是则存储，并同时执行以下操作：1、时间t加上离散时间间隔δt后，重新初始化参数，重复上述步骤；2、减去参考帧后输出，用于拟合图像；若为否，则重复初始化参数后的步骤。
[0063]
可选的，在字典学习阶段，字典空间数据在学习过程根据分解的信号进行更新；字典学习的优化函数对应的拉格朗日l表达式为：
[0064][0065]
λ
i
表示拉格朗日乘法算子矩阵，运算子<λi,(x
‑
dα)i>表示矩阵a
t
(x
‑
dα)的迹。
[0066]
在字典学习阶段，拉格朗日l通过应用交替方向乘子法和majorization
‑
minimization优化算法，计算探测体内的声波系数迭代算法。
[0067]
所述声波信号s(t)的检测方法为：向肿瘤细胞生长部位施加压力，以及发送近红外光；连续接收肿瘤细胞生长部位被施加压力后发射的声波信号；记录声波信号s(t)，用以记录肿瘤细胞的生长。
[0068]
所述记录声波信号s(t)，用以判断肿瘤细胞生长情况，进一步，包括：在不同的肿瘤细胞生长检测周期中，若记录的声波信号s(t)增加，则肿瘤细胞变多；若记录的声波信号s(t)减少，则肿瘤细胞变少。
[0069]
若所述肿瘤细胞生长部位为乳房通过施压部向乳房施加压力；通过led光源发出近红外光；通过声波接收部接收声波信号s(t)，通过处理器记录声波信号s(t)。
[0070]
在一肿瘤细胞生长检测系统，所述施压部、led光源、声波接收部或处理器均位于承托部上；承托部，用于与乳房配合；处理器与led光源、施压部和声波接收部连接。
[0071]
若所述led光源、施压部或声波接收部的数量为一个时，所述承托部上设供led光源移动的轨道，供施压部移动的轨道，或供声波接收部移动的轨道；led光源在承托部的对应轨道上移动，向乳房发射近红外光；施压部施压于乳房上，声波接收部接收肿瘤细胞发射的声波信号s(t)；施压部在承托部的对应轨道上移动，改变在乳房上的施压位置，声波接收部在承托部的对应轨道上移动，处理器记录与不同施压位置一一对应的多组声波信号s(t)；处理器接收多组声波信号s(t)后，按照上述成像方法，拟合成乳房肿瘤细胞的三维图
像；或，若所述led光源、施压部或声波接收部的数量分别为多个时，所述承托部上均匀分布有所述led光源、施压部或声波接收部；led光源向乳房发射近红外光；施压部施压于乳房上，声波接收部接收肿瘤细胞发射的声波信号s(t)；处理器记录与预先记录的声波接收部在承托部上的位置一一对应的多组声波信号s(t)；处理器接收多组声波信号s(t)后，利用上述成像方法，拟合成乳房肿瘤细胞的三维图像。
[0072]
肿瘤细胞生长检测系统中，肿瘤细胞的获取方法，包括：向肿瘤细胞生长部位施加压力，以及发送近红外光；连续接收肿瘤细胞生长部位被施加压力后发射的声波信号s(t)；记录声波信号s(t)，用以记录肿瘤细胞的生长。
[0073]
由于肿瘤细胞生长时会刺激新生血管的生成，通过对肿瘤细胞生长部位加压会造成新生血管的破裂、塌缩从而引起肿瘤细胞生长部位局部的高含氧血向低含氧血的转换。当用压力挤压肿瘤细胞生长部位，同时进行近红外光照射时，塌缩的新生血管内的有氧血持续向无氧血转换，这会造成肿瘤细胞生长部位的光吸收持续增加，进而引起肿瘤细胞生长部位的声波发射一直增加。通过用超声探头持续跟踪记录该声波变化就能够反映出肿瘤新生血管的情况，进而可以作为肿瘤生长的判断依据。
[0074]
近红外光成本低，近红外光照射肿瘤细胞后，肿瘤细胞吸收近红外光的能量，产生热弹性膨胀，发射声波信号s(t)，向肿瘤细胞生长部位施加压力，肿瘤细胞新生血管破裂、塌缩；肿瘤细胞发射的声波信号s(t)变化，持续记录肿瘤细胞生长部位被施加压力前后发射的声波信号s(t)，根据该声波信号s(t)变化的情况，利用上述成像方法，用以判断肿瘤生长情况。
[0075]
作为本实施例的进一步改进，所述记录声波信号s(t)，用以记录肿瘤细胞的生长，进一步，包括：将声波信号s(t)拟合成图像，以便直接观察肿瘤细胞大小。
[0076]
作为本实施例的进一步改进，所述记录声波信号s(t)，用以判断肿瘤细胞生长情况，进一步，包括：在不同的肿瘤细胞生长检测周期中，若记录的声波信号s(t)增加，则肿瘤细胞变多；若记录的声波信号s(t)减少，则肿瘤细胞变少。
[0077]
作为本实施例的进一步改进，若所述肿瘤细胞生长部位为乳房通过施压部向乳房施加压力；通过led光源发出近红外光；通过声波接收部接收声波信号，通过处理器记录声波信号。led光源照射在乳房上，施压部施压于乳房上，肿瘤细胞发射声波信号s(t)，声波接收部接收声波信号s(t)，处理器记录声波信号s(t)，声波信号s(t)的有无，及数量的多少，反应了肿瘤细胞的有无，以及肿瘤细胞的多少。
[0078]
作为本实施例的进一步改进，所述施压部、led光源、声波接收部或处理器均位于承托部上；承托部，用于与乳房配合。施压部、led光源、声波接收部或处理器均集成在了承托部上，体积小，与乳房配合，更加精准检测肿瘤细胞发射的声波数据，减少信号损失，更精准的反馈肿瘤细胞的生长大小；用于初期筛查使用。
[0079]
作为本实施例的进一步改进，所述的处理器与施压部、led光源和声波接收部连接。处理器控制施压部和led光源的施力大小，以及照射的近红外光能量大小，声波接收部，用于接收肿瘤细胞被施压后吸收了近红外光能量，发射的声波信号。
[0080]
作为本实施例的进一步改进，所述承托部上设有供施压部移动的轨道；所述承托部上设有led光源、声波接收部和处理器；处理器与施压部、led光源和声波接收部连接。处理器控制施压部动作，向乳房施加压力，承托部上均匀设有若干施压部，以便从各个方向
上，向乳房施加压力；以便精准获知肿瘤细胞的位置，以及精准判断肿瘤细胞的生长情况。
[0081]
作为本实施例的进一步改进，led光源发出近红外光，照射在乳房上；施压部向乳房施加压力；声波接收部接收到肿瘤细胞发射的声波，传输给处理器；处理器记录声波信号s(t)，并进行图像拟合，显示出肿瘤细胞的图像信息。
[0082]
作为本实施例的进一步改进，承托部上均匀分布有led光源，以环绕于乳房周围；承托部上均匀分布有施压部；以向乳房施压，承托部上均匀分布有声波接收部，用以接收肿瘤细胞发射的声波信号；处理器与led光源、施压部和声波接收部连接。
[0083]
处理器控制led光源发射近红外光的能量大小，发光的led光源的数量；处理器中记录承托部分布的声波接收部的位置，所述声波接收部可以是超声探头等；通过连续记录对应位置声波接收部接收到的声波信号s(t)，用以通过声波信号s(t)，利用上述成像方法，拟合乳房内肿瘤细胞的立体图像，以便观察判断肿瘤细胞的生长大小情况。
[0084]
实施例2
[0085]
本实施例提供了肿瘤细胞生长检测系统的成像方法，所述去除声波信号检测方法，与实施例1相比，若所述led光源、施压部或声波接收部的数量为一个时，所述承托部上设供led光源移动的轨道，供施压部移动的轨道，或供声波接收部移动的轨道；led光源在承托部的对应轨道上移动向乳房发射近红外光；施压部施压于乳房上，声波接收部接收肿瘤细胞发射的声波信号；施压部在承托部的对应轨道上移动，改变在乳房上的施压位置，声波接收部在承托部的对应轨道上移动，处理器记录与不同施压位置一一对应的多组声波信号s(t)；处理器接收多组声波信号s(t)后，利用上述成像方法，拟合成乳房肿瘤细胞的三维图像；或，
[0086]
若所述led光源、施压部或声波接收部的数量分别为多个时，所述承托部上均匀分布有所述led光源、施压部或声波接收部；led光源向乳房发射近红外光；施压部施压于乳房上，声波接收部接收肿瘤细胞发射的声波信号s(t)；处理器记录与预先记录的声波接收部在承托部上的位置一一对应的多组声波信号s(t)；处理器接收多组声波信号s(t)后，拟合成乳房肿瘤细胞的三维图像。以便全方位观察肿瘤细胞生长情况，进行初期筛查。
[0087]
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。